UNIVERSIDAD NACIONAL JOSÉ MARÍA ARGUEDAS
FACULTAD DE INGENIERÍA
ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA
AGROINDUSTRIAL
Presentado por
YUBER TAIPE FLORES
Asesor:
MSc. Ing. THOMAS ANCCO VIZCARRA
Co-asesor:
Ing. JOSÉ MANUEL PRIETO
TESIS PARA OPTAR EL TÍTULO PROFESIONAL DE
INGENIERO AGROINDUSTRIAL
ANDAHUAYLAS – APURÍMAC – PERÚ
2018
EFECTO DE LA SUSTITUCIÓN PARCIAL DE LA
LECHE POR QUINUA
Chenopodium quinoa Willd
Y
TARWI
Lupinus mutabilis Sweet EN LAS
vi
DEDICATORIA
A Dios, por ser quien me sostiene en el
día a día y ser mi motivación para poder
servir a las personas.
A mis padres, Neri Eleuteria Flores Alfaro
y Gonzalo Erasmo Taipe Sotaya quienes
me brindaron todo su apoyo en mi
formación académica profesional.
A mis hermanos, Nelida, Fredy, Rudy,
Wendy y Paul, por la motivación que me
dieron en mis momentos más difíciles.
A mi cuñado Luis y mi sobrina Sidney,
por animarme a continuar esforzándome
en mis estudios universitarios.
A los sacerdotes, Padre Alfredo Prado
Calderon, Padre Eligio Molero Osorio y
Padre Alipio Oscco Ccarhuas, por
grandes amigos y quienes me ayudaron
en mi vida cristiana católica para así
amarle a Dios sobre todas las cosas.
Al Club de Acólitos de la parroquia San
Pedro de Andahuaylas y a mis amigos y
amigas de esta parroquia, por brindarme
vii
AGRADECIMIENTO
A mi alma mater “Universidad Nacional José María Arguedas” y su escuela
profesional de Ingeniería Agroindustrial.
Al MSc. Thomas Ancco Vizcarra, por su paciencia y apoyo incondicional en todo
el desarrollo del presente trabajo de investigación.
Al Ing. José Manuel Prieto, por su apoyo en las dificultades encontradas durante
la ejecución del presente trabajo de investigación.
A los profesionales Ing. David Juan Ramos Huallpartupa, Ing. Juvenal Rivas
Leguía y al Ing. Denis Hernán Gutiérrez Martínez, quienes fueron los que
contribuyeron para culminar el presente trabajo de investigación - tesis.
A la I.E. Unión Pacifico del Sur –Chihuampata, y al Director Mg. Juan Carlos y
docentes, por brindarme las facilidades necesarias para culminar este trabajo de
investigación y confiar en mi trabajo profesional.
A mis familiares, amigos y compañeros de clase, por compartir su tiempo con mi
viii
ÍNDICE GENERAL
Página
APROBACIÓN DEL ASESOR ... ii
APROBACIÓN DEL CO–ASESOR ... iii
COPIA DEL ACTA DE SUSTENTACIÓN... iv
APROBACIÓN DEL JURADO EVALUADOR ... v
ÍNDICE GENERAL ... viii
ÍNDICE DE TABLAS ... xii
ÍNDICE DE FIGURAS ... xiv
ÍNDICE DE ANEXOS ... xv
ABREVIATURAS ... xvi
RESUMEN ... xviii
ABSTRAC ... xix
CHUMASQA... xx
CAPÍTULO 1: INTRODUCCIÓN ... 1
CAPITULO 2: REVISIÓN LITERARIA ... 2
2.1. Antecedentes ... 2
2.2. Bases teóricas ... 3
2.2.1. La leche ... 3
2.2.1.1. Composición de la leche ... 4
2.2.2. Yogurt ... 5
2.2.2.2. Reología en el yogurt ... 7
2.2.3. La quinua ... 7
2.2.3.1. Descripción botánica ... 8
2.2.3.2. Propiedades nutricionales... 8
2.2.4. El tarwi ... 13
2.2.4.1. Descripción botánica ... 13
ix
2.2.5. Viscosidad de los fluidos ... 16
2.2.5.1. Fluidos Newtonianos ... 18
2.2.5.2. Fluidos no Newtonianos ... 18
2.2.6. Tipos de fluidos ... 19
2.2.6.1. Fluidos independientes del tiempo ... 19
2.2.6.2. Fluidos dependientes del tiempo ... 21
2.2.6.3. Fluidos viscoelásticos ... 21
2.2.7. Reología ... 21
2.2.7.1. Fuerza ... 22
2.2.7.2. Fluido ... 22
2.2.7.3. Flujo y velocidad de deformación ... 22
2.2.7.4. Índice de comportamiento de flujo e índice de consistencia... 23
2.2.8. Evaluación sensorial ... 23
2.2.9. pH ... 24
2.2.10. Acidez ... 24
2.3. Marco conceptual ... 24
2.3.1. Yogurt ... 24
2.3.2. Yogurt batido ... 24
2.3.3. Variedad ... 25
2.3.4. Quinua Blanca de Juli ... 25
2.3.5. Tarwi ... 26
2.3.6. Reología ... 26
2.3.7. Esfuerzo de corte ... 26
2.3.8. Viscosidad ... 26
2.3.9. Consistencia ... 27
2.3.10. Extracto acuoso ... 27
2.3.11. Evaluación sensorial ... 27
x
2.3.13. Olor y sabor ... 28
2.3.14. Características fisicoquímicas ... 28
CAPITULO 3: MATERIALES Y MÉTODOS ... 29
3.1. Lugar de ejecución ... 29
3.2. Población y muestras ... 29
3.3. Materiales, instrumentos y equipos ... 29
3.4. Métodos de análisis ... 31
3.4.1. Sedimentación de los extractos acuosos ... 31
3.4.2. Determinación de la densidad ... 31
3.4.3. Evaluación sensorial ... 33
3.4.4. Análisis de “n” y “k”, metodología Mitschka ... 33
3.4.5. Determinación del pH ... 35
3.4.6. Determinación de la acidez titulable ... 35
3.5. Metodología Experimental ... 35
3.5.1. Materia prima ... 35
3.5.2. Obtención del extracto acuoso de quinua ... 35
3.5.3. Obtención del extracto acuoso de tarwi ... 37
3.5.4. Yogurt batido con sustitución parcial de quinua y tarwi ... 39
3.5.5. Evaluación sensorial ... 42
3.5.6. Determinación de la viscosidad de la mezcla ... 43
3.5.7. Determinación de la acidez y pH del yogurt batido ... 43
3.5.8. Determinación de “n” y “k” ... 43
3.6. Diseño experimental ... 44
CAPITULO 4: RESULTADOS Y DISCUSIÓN... 50
4.1. Obtención del extracto acuoso de la quinua y tarwi. ... 50
4.2. Proporción de quinua y tarwi para el yogurt batido. ... 56
4.2.1. Viscosidad de la mezcla ... 56
xi
4.3. Características reológicas y fisicoquímicas yogurt batido ... 63
4.3.1. Viscosidad del yogurt (𝑣) ... 63
4.3.2. Selección del mejor tratamiento de yogurt ... 66
4.3.3. Determinación de n y k ... 67
4.3.4. pH y acidez del yogurt batido ... 71
CONCLUSIONES ... 72
RECOMENDACIONES ... 73
SUGERENCIAS ... 74
REFERENCIA BIBLIOGRÁFICA ... 75
xii
ÍNDICE DE TABLAS
Página
Tabla N° 1:Contenido nutricional del yogurt ... 6
Tabla N° 2: Composición del valor nutritivo de la quinua (%) ... 9
Tabla N° 3: Contenido de vitaminas en el grano de quinua. ... 12
Tabla N° 4: Porcentaje de ácidos grasos del tarwi ... 14
Tabla N° 5: Contenido de aminoácidos del tarwi. ... 15
Tabla N° 6: Contenido de minerales en el grano del tarwi ... 16
Tabla N° 7: Características del grano de quinua variedad Blanca Juli ... 25
Tabla N° 8: Valor nutricional de la quinua variedad Blanca Juli ... 25
Tabla N° 9: Equipos... 29
Tabla N° 10: Materiales de vidrio ... 30
Tabla N° 11: Materia prima ... 30
Tabla N° 12: Otros materiales ... 30
Tabla N° 13: Reactivos e insumos ... 31
Tabla N° 14: Factores de conversión para husillos ... 34
Tabla N° 15: Escala hedónica para el color ... 42
Tabla N° 16: Escala hedónica para el olor ... 42
Tabla N° 17: Escala hedónica para el sabor ... 42
Tabla N° 18: Escala hedónica para el consistencia ... 42
Tabla N° 19: DCA para el extracto acuoso de quinua ... 44
Tabla N° 20: DCA para el extracto acuoso de tarwi ... 45
Tabla N° 21: DCA para la mezcla de los extractos acuosos a 50 rpm ... 45
Tabla N° 22: DCA para la mezcla de los extractos acuosos a 100 rpm ... 45
Tabla N° 23: Tabla ANOVA para el DCA ... 47
Tabla N° 24: Niveles de las variables independientes ... 48
Tabla N° 25: ANOVA del análisis de covarianza ... 49
Tabla N° 26: Resultado de sedimentación de extracto acuoso de quinua ... 50
Tabla N° 27: Resultado de sedimentación de extracto acuoso de tarwi ... 50
Tabla N° 28: Sedimentación del extracto acuoso de quinua ... 54
Tabla N° 29: Sedimentación del extracto acuoso de tarwi ... 54
Tabla N° 30: Viscosidad de la mezcla de extractos acuosos a 50 rpm ... 56
Tabla N° 31: Del método 95 % Tukey HSD ... 59
Tabla N° 32: Viscosidad de la mezcla de extractos acuosos a 100 rpm ... 59
xiii
Tabla N° 34: Mínimos y máximos niveles de los factores ... 63
Tabla N° 35: Viscosidad aparente del yogurt batido ... 64
Tabla N° 36: Prueba de rango múltiple de Tukey para la quinua. ... 65
Tabla N° 37: Prueba de rangos múltiples para la interacción ... 65
Tabla N° 38: Valores sensoriales del yogurt batido ... 66
Tabla N° 39: Esfuerzo de corte ... 67
Tabla N° 40: Viscosidad aparente... 68
Tabla N° 41: Esfuerzo de corte ... 69
Tabla N° 42: Viscosidad aparente... 70
Tabla N° 43: pH y acidez del yogurt batido ... 71
xiv
ÍNDICE DE FIGURAS
Página
Figura N° 1: Esfuerzo cortante en un fluido entre placas paralelas ... 18
Figura N° 2: Esfuerzo cortante para fluidos newtonianos y no newtonianos ... 19
Figura N° 3: Diagrama de flujo para obtención del extracto acuoso de quinua ... 36
Figura N° 4: Diagrama de flujo para obtención del extracto acuoso de tarwi ... 38
Figura N° 5: Diagrama de flujo para el yogurt batido ... 41
Figura N° 6: Gráfico de barras de sedimentación vs relación de producto:agua ... 51
Figura N° 7: Gráfico de sedimentación vs relación de tarwi:agua ... 52
Figura N° 8: Gráfico de medias ... 53
Figura N° 9: Gráfico de medias ... 53
Figura N° 10: Viscosidad aparente vs el porcentaje de quinua y tarwi ... 57
Figura N° 11: Medias y 95 % de Tukey HSD ... 58
Figura N° 12: Gráfico de la viscosidad aparente vs el porcentaje de quinua y tarwi .... 60
Figura N° 13: Medias y 95 % de Tukey HSD ... 61
Figura N° 14: Interacciones para la viscosidad ... 66
Figura N° 15: Gráfico de Log EC vs Log N ... 67
Figura N° 16: Gráfico de esfuerzo de corte vs relación de deformación ... 68
Figura N° 17: Log EC vs Log N ... 69
xv
ÍNDICE DE ANEXOS
Página
Anexo N° 1: ANOVA de sedimentación de extracto acuosos de quinua ... 80
Anexo N° 2: Pruebas de Rango múltiples para sedimentación quinua:agua ... 80
Anexo N° 3: Datos de densidad del extracto acuoso de quinua ... 81
Anexo N° 4: ANOVA de sedimentación del extracto acuosos de tarwi ... 82
Anexo N° 5: Pruebas de Rango múltiples para la sedimentación de tarwi:agua... 82
Anexo N° 6: Datos de densidad de extracto acuoso de tarwi sedimentado ... 83
Anexo N° 7: ANOVA de la mezcla a 50 rpm ... 83
Anexo N° 8: Pruebas de Rango múltiples para viscosidad aparente a 50 rpm ... 84
Anexo N° 9: ANOVA de la mezcla extracto acuoso a 100 rpm ... 84
Anexo N° 10: Pruebas de Rango múltiples para viscosidad a 100 rpm ... 85
Anexo N° 11: Tratamientos para el yogurt ... 85
Anexo N° 12: Viscosidad aparente del Tratamiento 1 ... 85
Anexo N° 13: Viscosidad aparente del Tratamiento 2 ... 86
Anexo N° 14: Viscosidad aparente del Tratamiento 3 ... 86
Anexo N° 15: Viscosidad aparente del Tratamiento 4 ... 87
Anexo N° 16: Viscosidad aparente del Tratamiento 5 ... 87
Anexo N° 17: Viscosidad aparente del Tratamiento 6 ... 88
Anexo N° 18: Viscosidad aparente del Tratamiento 7 ... 88
Anexo N° 19: Viscosidad aparente del Tratamiento 8 ... 89
Anexo N° 20: ANOVA multifactorial del análisis de covarianza ... 89
Anexo N° 21: Evaluación sensorial ... 90
Anexo N° 22: Plantillas para la evaluación sensorial ... 91
Anexo N° 23: Evaluación sensorial del color ... 93
Anexo N° 24: Evaluación sensorial del olor ... 94
Anexo N° 25: Evaluación sensorial del sabor ... 95
Anexo N° 26: Evaluación sensorial de la consistencia ... 96
Anexo N° 27: Datos del viscosímetro Fungilab del yogurt batido ... 97
Anexo N° 28: Datos del viscosímetro Fungilab del yogurt batido ... 98
xvi
ABREVIATURAS
g : Gramos
HDL : Lipoproteína de alta densidad
INIA : Instituto Nacional de Investigación Agraria
k : Índice de consistencia
LDL : Lipoproteína de alta densidad
m : Metros
mL : Mililitros
mp : Masa del picnómetro
mp+d : Masa del picnómetro más muestra
mp+w : Masa del picnómetro más agua
mw : Masa del agua
n : Índice comportamiento de flujo
S/M : Sin marca
T : Tratamiento
TEAQ : Tratamiento del extracto acuoso de quinua
TEAT : Tratamiento de extracto acuoso de tarwi
TMAV : Tratamiento de mayor velocidad 100 rpm
TMEV : Tratamiento de menor velocidad 50 rpm
Vw : Volumen del agua
Vp : Volumen del picnómetro
𝜌𝑑 : Densidad de la muestra
𝜌𝑤 : Densidad del agua
INIA : Instituto nacional de investigación agraria
xvii 𝑵𝒊 : Velocidad rotacional
KAT : Constante para el numero de usillo
𝐾𝑁𝑌(𝑛): Constante para el índice de comportamiento de flujo
γ̇i : Relación de deformación
∆𝑣𝑧 : Velocidad cortante
m/s : Metros por segundo
F : Fuerza
∆𝑦 : Altura y/o separación
A : Área
Pa*s : Pascales por segundo
Kg/m *s: Kilogramo metro por segundo
𝜇 : Viscosidad
𝜎 : Esfuerzo de corte
𝜎𝐶 : Esfuerzo cortante
ELN : Extracto libre de nitrógeno
LogEC: Logaritmo del esfuerzo de corte
xviii RESUMEN
El estudio tuvo como objetivo, evaluar el efecto de la sustitución parcial de
la leche por quinua (Chenopodium quinoa Willd) y tarwi (Lupinus mutabilis
Sweet) en las características reológicas del yogurt batido. Se evaluó el porcentaje
de extracto acuoso de quinua tarwi mediante la sedimentación y el diseño
completamente al azar (DCA). Así mismo, el efecto de la sustitución parcial de
quinua y tarwi en el yogurt batido por un análisis de covarianza de 2x2x2x10.
También se realizó evaluación sensorial a los tratamientos del yogurt batido para
seleccionar el mejor tratamiento al cual se determinó el índice de consistencia del
flujo (k) e índice de comportamiento de flujo (n) mediante el método Mitschka.
Adicionalmente se evaluaron las características fisicoquímicas del pH y la acidez
mediante el método del potenciómetro y titulación respectivamente en los
tratamientos con mayor aceptabilidad. Los tratamientos 4 y 5 del extracto acuoso
de quinua (T4EAQ) con densidad de 1072.67 kg/m3 y 1070.61 kg/m3 presentaron
mejores características de sedimentación a una relación de 1 quinua:1.3 agua: y
1quinua:1.6 agua. Al igual que el tratamiento 4 del extracto acuoso de tarwi
(T4EAT) con densidad de 1009.87 kg/m3 y relación de 1 tarwi:1.6 agua. Para
sustituir la leche, los niveles mínimos y máximos del extracto acuoso de quinua
(EAQ) fueron 10 % y 20 % respectivamente y en el extracto acuosos de tarwi
(EAT) fueron 4 % y 5 %. Por otro lado, la quinua y la interacción de quinua y tarwi
tiene un efecto en la viscosidad del yogurt batido. Los yogures con mejor
aceptabilidad fueron el tratamiento 4 (T4) con valores de n=0.2984 y k=7.1908 y
el tratamiento 8 (T8) con n=0.3169 y k=8.9692, confirmándose que el yogurt es un
fluido no Newtoniano y seudoplástico. El producto obtenido presentó pH de 4.431
y 0.588 % de acidez para el tratamiento T4 y el T8 pH de 4.585 y 0.558 % de
acidez. Por lo tanto, la sustitución parcial de la leche por los extractos acuosos de
quinua y tarwi tiene un efecto sobre las características reológicas del yogurt batido
ya que presenta valor-p menor a 0.05.
xix ABSTRAC
The objective of the study was to evaluate the effect of the partial substitution of milk for quinoa (Chenopodium quinoa Willd) and tarwi (Lupinus mutabilis Sweet) in the rheological characteristics of beaten yogurt. The percentage of aqueous extract of quinoa tarwi was evaluated by means of the sedimentation method and the completely randomized design (DCA). Likewise, the effect of the partial substitution of quinoa and tarwi in the yogurt beaten by a covariance analysis of 2x2x2x10. Sensory evaluation of the yoghurt shake treatments was also carried out, determining the flow consistency index (k) and flow behavior index (n) by the Mitschka method. Additionally, the physicochemical characteristics of the pH were evaluated by the potentiometer and acidity method by means of the titration method in the treatments with greater acceptability. Treatments 4 and 5 of the aqueous extract of quinoa (T4EAQ) with a density of 1072.67 kg/m3 and
1070.61 kg/m3 presented better sedimentation characteristics at a ratio of 1 quinoa:
1.3 water: and 1quinua: 1.6 water. Like the treatment 4 of the aqueous extract of tarwi (T4EAT) with density of 1009.87 kg/m3 and ratio of 1 tarwi: 1.6 water. To
replace the milk, the minimum and maximum levels of the aqueous extract of quinoa (EAQ) were 10% and 20% respectively and in the aqueous extract of tarwi (EAT) were 4% and 5%. On the other hand, quinoa and the interaction of quinoa and tarwi has an effect on the viscosity of the beaten yogurt. When performing the sensory evaluation, it was determined that the yogurt with treatment 4 (T4) showed better acceptability, determining values of n=0.2984 and k=7.1908 and treatment 8 (T8) with n=0.3169 and k=8.9692. confirming that yogurt is a non-Newtonian and pseudoplastic fluid. The product obtained presented a pH of 4,431 and 0,588% acidity for the T4 treatment and the T8 pH of 4,585 and 0.558% acidity. Therefore, the partial substitution of the milk for the aqueous extracts of quinoa and tarwi has an effect on the rheological characteristics of the beaten yoghurt since it has p-value less than 0.05.
xx CHUMASQA
Kay llankay kuskipa hatun qatipayninqa karqa, llillipa allin kaynin
kamyananchikpaq huk allin yuqur kinuwamanta (Chenopodium quinua Willd)
tarwimantawan (Lupinos mutabilis Sweet) ruwasqaman. Chay kinuwa qapi tarwi
qapintin huk qatipayman apachikurqa chay sidimintashun hinallataq imaymana
ruwaynunman (DCA) hinallataq chaymantapas, apakurqa ñawpaqman kinuwapa
tarwipawan kamyakuynin chay yugur ruwasqapi huk yuyaymanay DCCR
2x2x2x10 nisqantakama. Chaynallataq apakullarqataq chay yachay qatipay yuqur
ruwasqamanta hinaspari chayarirqa ari qawarichikurq allinkayninta (k) hinaspa
qawarichikullarqataq allinkayninta (n) chay Mitschka nisqantakama chayna
ruwasqanmanta qawachikurqa allin kayninta (T4EAQ) chayarqa 1072.67 kg/m3
lawakayninman hutaq llinkikayninman hinallataq pichqamiqi yachay kinuwa
qapimanta (T5EAQ) chayarqa 1070.61 kg/m3 llinkukayninman hisnaspa
riksichikurqa allin kayninta chay kinuwa yaku 1:1.3 hinallataq 1:1.6 qatiyllampi.
Chaynallataq, chaymantapas, tawa taqi chachay tarwi qampimanta (T4EAT)
riksichikurqa 1009.87 kg/m3 llinkikayninwan hinallataq tupanachispa tarwi yaku
chayarqa kay 1:1.6 nisqanman, chaynaqa qawarichikurqa allinkayninta. Llilli
kanyapaqa uchuykaynin hinallataq hatunkaynin kinuwa qapipa (EAQ) chayarqa
10% hinallataq 20% nisqanman hichaqa tarwi qapiñataq (EAT) hayparqa 4% - 5%
nisqankallama. Huk lawnintañataq kinuwa huñu ruway kinuwa tarwintin karqa allin
llinkikaynin chay yuqur ruwasqapi.allinruwasqa kayninmanta, taqyarichikurqa allin
chiqap kayninta yuqur qapisqa (ruwasqa) chay 4 (T4) paywan n=0.2984 hinallataq
k=7.1908 hinaspa kay yachay 8 (T8) paywan n=0.3169, k=8.9692, nisqanmanta
llusqirqa fluido Newtoniano nisqan. Quipakayninpi, chay tarwi-kinuwantin qapisqa
puqurqa kinsa ura nisqan huk pH=4.431 aypananpaq chay yachay tawa taqinapaq
4 (T4) hinallataq pusaq taqi yachaypaq 8 (T8) huk pH=4.585 niqan. Chay
qatqiyninpaq, apakurqa T4 hinaspa huk chaninchayman 0.558% nisqanman,
hinallataq T8 huk chaninchayman 0.558% nisqasman. Qinaspa, chay lecheman
qinaptin quinua chumasqa y tarwi chumasqa qukmanyancharin reología nisqaman
yugurpi valor-p < 0.05 nisqawan.
1
CAPÍTULO 1: INTRODUCCIÓN
En los productos lácteos y en específico en los yogures, el mercado actual demanda distintitos productos que presentan una aceptación respecto a la consistencia. Esto genera la tendencia hacia el uso de estabilizantes o gomas obteniéndose una mejor viscosidad y consistencia del yogurt. Para evitar el uso de estos insumos, el extracto acuoso de la quinua presenta almidón que tiene una gran capacidad de absorber agua e incrementar la viscosidad de un medio acuoso y mejorar este aspecto reológico. También, encontramos al tarwi, el cual se ha utilizado en la elaboración de yogurt como lo han demostrado investigaciones realizadas.
La presente investigación demuestra el efecto de la adición de quinua y tarwi en las características reológicas (índice de consistencia e índice de comportamiento de flujo) del yogurt batido mediante la metodología Mitschka. Para poder lograr el estudio reológico del yogurt batido, en primer lugar, es necesario el estudio de la obtención del extracto acuoso de quinua y de tarwi, los cuales serán sustituidos por la leche en un determinado nivel en porcentaje, el cual generara un cambio en sus características reológicas. Al obtener los extractos acuosos, es necesario obtener la concentración adecuada expresado en porcentajes del extracto acuoso de quinua y de tarwi para reducir las alteraciones en las propiedades físicas de la leche antes de ser procesado en yogurt. Por lo cual, el presente estudio tiene los siguientes objetivos.
Obtener el extracto acuoso de la quinua (Chenopodium quinoa Willd) y tarwi (Lupinus mutabilis Sweet).
Determinar la proporción de quinua (Chenopodium quinoa Willd) y tarwi (Lupinus mutabilis Sweet) para obtener yogurt batido.
2
CAPITULO 2: REVISIÓN LITERARIA 2.1. Antecedentes
Ganoza y Rodríguez, (2008), evaluaron el efecto de la adición de
harina de quinua en la viscosidad del yogurt natural. Además, evaluaron las
características reológicas a 10 y 15 °C, encontrando diferencias
significativas en la viscosidad aparente con valores medios de 130,5 Pa.s,
106,7 Pa.s y 93,5 Pa.s.
Castañeda, et al (2008) realizaron un estudio con la finalidad de
establecer pruebas preliminares para la formulación y elaboración de un
yogur en base a harina de tarwi y que tenga aceptabilidad por el consumidor.
Donde realizaron sustituciones parciales con concentraciones de 20 y 30 %
de leche de tarwi. A los cuales evaluaron los atributos sensoriales de aroma,
sabor y aceptabilidad; al realizar el análisis estadístico reportaron que no
presentaron diferencia estadística los atributos sensoriales según análisis
de varianza (ANOVA), con un nivel de significancia de p<0.05.
Por otro lado, Ojeda, (2010) ha realizado investigaciones con el
objetivo de elaborar yogurt enriquecido con quinua. Donde señala que la
formulación adecuada para un envase de capacidad de 250 g es de 214.25
g de leche, 8.75 g. de azúcar, 2 g de harina de quinua. Mientras que, Pereira
(2010), menciona que la relación de quinua:agua adecuada para la
elaboración de leche de quinua (extracto acuoso de quinua) es de 1:1.4 el
cual presenta 55.33 % de sólidos sedimentados y un 44.67 % de
sobrenadante.
Bianchi, (2013) desarrollo una bebida fermentada basado en extractos
acuosos de quinua y la soja. Donde, encontró un aumento en la viscosidad
y la consistencia en bebidas con más alta proporción de extracto de quinua.
Mientras que Rivera y Soto, (2015) elaboró yogur de tarwi frutado con piña,
donde evaluó el efecto de la ingesta sobre la desnutrición aguda. En este
estudio encontró que el producto de mejor aceptación 34 % de tarwi. Por
otro lado, Colque (2016), menciona que para obtener el extracto acuoso de
tarwi, la mejor concentración en la preparación es en una relación de 1:2
(tarwi:agua)
Segovia, Villares y Paredes, (2007) elaboro yogurt con extracto
acuoso de tarwi, donde encontró que el tiempo de fermentación fue de 3.5
3
Lactobacillus bulcaricus a una concentración de 2.5 a 3%. Además,
obtuvieron una acidez de 0.65 % (expresado como el ácido láctico) y un pH
de 4.3. Mientras que Zumaeta (2016) obtuvo variaciones del pH en la bebida
láctea fermentada de tarwi. Los valores que obtenido fueron 4.65, 4.63 y
finalmente el 4.56.
Por otro lado, Segovia, Villares y Paredes, (2007), respecto a las
características reológicas concluyeron que el yogurt obtenido fue un fluido
pseuplastico con un índice de comportamiento de flujo “n” igual a 0.34 y el índice de consistencia “k” igual a 0.51 Pa.s. Adicionalmente, determinaron
que el yogurt de chocho es de textura normal con una viscosidad real
promedio de 0.35 Pa.s. Además, Escobar (2015) obtuvo resultados del
análisis reológico de todas las muestras de yogurt, mostraron un valor de
n<1, con lo cual quedo demostrado su comportamiento no newtoniano y
pseudoplastico. Respecto a la viscosidad de la leche mejorada con sólidos,
Ramirez y Vélez (2009) al mejorar las características físicas de la leche
incrementado los sólidos para su procesamiento a yogurt, obtuvieron una
viscosidad de 537.63 Pa.s
Pichihua, (2016) utilizo la harina de quinua al 2, 3 y 4 % para la
elaboración del yogurt. En donde determino que la adición de harina de
quinua influye en las propiedades organolépticas como la apariencia y la
consistencia. Por otro lado, encontró que la adición de harina de quinua tiene
un efecto estadísticamente significativo en las características fisicoquímicas
como la acidez y el pH.
2.2. Bases teóricas 2.2.1. La leche
Debido a su alto valor nutritivo, las leches, en general, representan el alimento más balanceado y apropiado para el consumo. Además de proporcionar prácticamente todos los nutrimentos necesarios, también contienen diferentes sustancias que actúan como parte fundamental de los sistemas inmunológico y de protección (Badui, 2006).
4
microorganismos adecuados y teniendo como resultado la reducción del pH con o sin coagulación (precipitación isoeléctrica).
2.2.1.1. Composición de la leche
En general, la leche está constituida por agua, grasas, proteínas, azúcares, vitaminas y minerales, además de otras sustancias que están presentes en menor concentración y que en conjunto forman un sistema fisicoquímico estable de más de 450 compuestos; esto se debe a que todos sus ingredientes se encuentran en equilibrio (Badui, 2006).
Los sólidos totales (grasa y sólidos no grasos) representan del 11 al 15 % de su composición y varían de acuerdo con muchos factores, tales como raza y edad de la vaca, tipo y frecuencia de la alimentación, estado de lactación, temperatura ambiente, enfermedades, época del año, hora del día de la ordeña, etc. (Badui, 2006).
Por otro lado, se tiene a la lactosa, el cual solo se encuentra en las leches, representando su principal hidrato de carbono y considerado por algunos autores como el único; sin embargo, también se ha identificado a pequeñas cantidades de glucosa (6 mg/100 mL), galactosa (2 mg/100 mL), sacarosa, cerebrósidos y aminoazúcares derivados de la hexosamina. A pesar de que estos últimos están en concentraciones muy bajas, llegan a ejercer una influencia en la estabilidad de la leche, sobre todo cuando se somete a tratamientos térmicos intensos (Badui, 2006).
La leche también contiene enzimas que se encuentran en baja concentración, están distribuidas en la leche tanto unidas a las miscelas de caseínas o a la membrana del glóbulo de grasa, como en forma libre en el suero, y se sintetizan en la glándula mamaria, aunque algunas de ellas provienen de contaminaciones microbianas (Badui, 2006).
5
concentraciones no dependen tanto de la dieta de la vaca y permanecen más o menos constantes. A pesar de que la niacina se encuentra en baja concentración, la leche es una buena fuente de esta vitamina por su alto contenido de triptófano, precursor de ésta en el cuerpo humano. La microflora intestinal de la vaca sintetiza varias vitaminas del grupo B y la K, y una alta proporción se absorbe a través de la pared intestinal y luego se incorpora a la leche (Badui, 2006).
Por último, La leche contiene varias sales, de las que destacan los citratos, cloruros, bicarbonatos y fosfatos de calcio, magnesio, sodio y potasio, los cuales se encuentran en solución o formando parte del sistema coloidal de las caseínas. Las sales desempeñan un papel muy importante en la estabilidad térmica de todos los productos lácteos. En la leche se encuentran también otros elementos como el aluminio, boro, bromo, cobre, yodo, hierro, magnesio, manganeso, cromo, níquel, cinc y rastros de arsénico, cobalto y plomo (Badui, 2006).
2.2.2. Yogurt
El yogurt es un derivado de la leche que se obtiene al añadir a la
leche hervida, entera o desnatada, los fermentos que degradan la
lactosa y la transforman en ácido láctico (Ramirez, 2010).
La FAO mencionado por Ramirez (2010) define el yogurt como la
leche coagulada obtenida por la fermentación láctica acida debido a las
bacterias L. bulgaricus y S. thermophilus sobre leche pasteurizada o
concentrada, con o sin adición de leche en polvo, etc. Los
microorganismos del producto final deben ser viables o abundantes.
Estas bacterias lácticas son sembradas sobre leche previamente
pasterizada, con el objeto de eliminar la mayor parte o la totalidad de la
flora microbiana original. Después de la fermentación, el yogurt es
enfriado a una temperatura comprendida entre 1 °C y 10 °C, con la
exclusión de cualquier otro tratamiento térmico. Entonces está listo para
su consumo (Ramirez, 2010).
2.2.2.1. Aporte nutricional
Sobre el aporte nutricional del yogurt Ramirez (2010) menciona lo
6
La composición química del yogurt está basada en la composición
química de la leche y en los sucesivos cambios de los constituyentes de
la leche que ocurren durante la fermentación láctica.
La composición de la leche es influenciada por factores tales como
especies y diferencias de rasa, variabilidad individual, etapa de lactación,
edad, alimentación del ganado en todo el año, etc. por procesamiento
tales como concentración de leche, normalización del contenido de grasa,
adición de leche en polvo, calentamiento excesivo de leche, exposición a
la luz y oros.
En la tabla N° 1 se muestran los componentes químicos y valores
calóricos del yogurt de leche de vaca.
Tabla N° 1:Contenido nutricional del yogurt
Contenido en nutrientes por 100 g de yogurt Macronutrientes Yogurt natural
Energía (Kcal) 55.5
Grasa (g) 2.6
Proteínas (g) 4.2
Hidratos de carbono (g) 5.5
Vitaminas
Vitaminas A (ER) 9.8
Tiamina (B1) (mg) 0.04
Riboflavina (B2) 0.03
Piridoxina (B6) (mg) 0.05
Vitamina (B12) (µg) Tr
Ácido fólico (µg) 3.7
Niacina (EN) 1.5
Vitamina (C) (mg) 0.7
Vitamina (D) (mg) 0.06
Vitamina (E) (mg) 0.04
Minerales
Calcio (mg) 142
Fosforo (mg) 90
Cinc (mg) 0.59
Hierro (mg) 0.09
Yodo (mg) 3.7
Magnesio (mg) 14.3
Potasio (mg) 214
Sodio (mg) 63
Zinc (mg) 0.59
7
Los cambios químicos de los constituyentes de la leche, durante la
fermentación resulta con reducción de lactosa y formación considerable
de ácido láctico, con incremento de péptidos libres, aminoácidos y ácidos
grasos y con considerables cambios de algunas vitaminas. El valor
calórico del yogurt es disminuido en 3-4 % debido a la transformación de
la lactosa en ácido láctico.
2.2.2.2. Reología en el yogurt
Muchos factores afectan la reología de yogurt, como sólidos, contenido de proteína y grasa, temperaturas de tratamiento térmico de la leche y fermentación, presión de homogeneización, etc. Así que el objetivo de estudios reológicos es verificar la estabilidad estructural de la comida por delante de posibles procesos, permitiendo el correcto dimensionamiento de bombas, tuberías, intercambiadores de calor, agitación y embotellado de operaciones, etc., sin afectar la calidad del producto final. Además de éstos, otras aplicaciones de estudios reológicos son el control de calidad, análisis sensorial y vida útil (Mathias, Junior, De Carvalho, y Sérvulo, 2011).
Los parámetros reológicos en general pueden ser afectados por el crecimiento de las bacterias utilizadas durante la fermentación; ya que en esta etapa se producen cambios en la composición nutricional del producto lácteo fermentado (consumo de lactosa y producción de ácidos) y se originan metabolitos tales como acetaldehído, diacetilos, ácido láctico y otros compuestos orgánicos que contribuyen enormemente con las características sensoriales del yogurt, pero que pueden afectar la viabilidad de la bacteria de interés, conllevando a una disminución en las actividades enzimáticas de la bacteria probiótica por efecto de la acumulación de dichos metabolitos (Cuello, Mendoza, y Suarez, 2014).
2.2.3. La quinua
La quinua es una planta del género Chenopodium es el principal dentro de la familia Chenopodiacea y tiene amplia distribución mundial, con cerca de 250 especies (IV Congreso mundial de la quinua, 2007). La clasificación actual de la planta en estudio se muestra a continuación según Mujica, Izquierdo, y Marathee,(2001).
Reino: Vegetal
8 Subdivisión: Angiosperma
Clase: Dicotiledónea
Subclase: Archiclamidea Orden: Centrosperma
Familia: Chenopodioideae Género: Chenopodium
Sección: Chenopodia Sub sección: Cellullata
Especie: Chenopodium quinoa Willd Fuente: Mujica, Izquierdo, y Marathee, (2001)
2.2.3.1. Descripción botánica
La quinua es una planta anual, dicotiledónea, usualmente herbácea, que alcanza una altura de 2 a 3 m. Las plantas pueden presentar diversos colores que van desde verde, morado a rojo y colores intermedios entre estos. El tallo principal puede ser ramificado o no, depende del ecotipo, raza, densidad de siembra y de las condiciones del medio en que se cultiven, es de sección circular en la zona cercana a la raíz. Las hojas son de carácter polimórfico en una sola planta; las basales son grandes y pueden ser romboidales o triangulares, mientras que las hojas superiores generalmente alrededor de la panoja son lanceoladas. Su color va desde el verde hasta el rojo, pasando por el amarillo y el violeta, según la naturaleza y la importancia de los pigmentos. Son dentadas en el borde pudiendo tener hasta 43 dientes. La inflorescencia
es racimosa y se denomina panoja por tener un eje principal más
desarrollado. El fruto es un aquenio indehiscente que contiene un grano
que puede alcanzar hasta 2,66 mm de diámetro de acuerdo a la variedad
según Rojas, (2003) citado por (FAO, 2011).
2.2.3.2. Propiedades nutricionales
9
extremadamente cerca de los estándares de nutrición humana establecidos por la FAO (FAO, 2011).
Tabla N° 2: Composición del valor nutritivo de la quinua (%)
Componentes (%) Quinua
Proteínas 13,00
Grasas 6,10
Hidratos de carbono 71,00
Azúcar
Hierro 5,20
Calorías 100 g 350
Fuente: Informe Agroalimentario, (2009) MDRT-Bolivia, citado por FAO, (2011)
Una característica fundamental de la quinua es que el grano, las hojas y las inflorescencias son fuentes de proteínas de muy buena calidad. La calidad nutricional del grano es importante por su contenido y calidad proteínica, siendo rico en los aminoácidos lisina y azufrados.
Sin embargo, a pesar de su buen contenido de nutrientes, las investigaciones realizadas concluyen que los aminoácidos de la proteína en la harina cruda y sin lavar no están del todo disponibles, porque contienen sustancias que interfieren con la utilización biológica de los nutrientes. Estas sustancias son los glucósidos denominados saponinas (FAO, 2011).
Según FAO/OMS/UNU, (1985) citado por FAO, (2011), entre el 16 y el 20 % del peso de una semilla de quinua lo constituyen proteínas de alto valor biológico, entre ellas todos los aminoácidos, incluidos los esenciales, es decir, los que el organismo es incapaz de fabricar y por tanto requiere ingerirlos con la alimentación. Los valores del contenido de aminoácidos en la proteína de los granos de quinua cubren los requerimientos de aminoácidos recomendados para niños en edad preescolar, escolar y adultos.
10
11
Además, la prolina participa en la reparación de las articulaciones, es necesaria para la cicatrización de lesiones y úlceras, parece ser eficaz para tratar los casos de impotencia y frigidez, es protector cardiovascular y se utiliza junto a la lisina y la vitamina C para impedir o limitar las metástasis cancerosas. Tampoco es común en los cereales corrientes el ácido aspártico (que mejora la función hepática y es indispensable para el mantenimiento del sistema cardiovascular), el ácido glutámico (que participa en los procesos de producción de energía para el cerebro y en fenómenos tan importantes como el aprendizaje, la memorización y la plasticidad neuronal), la cisteína (protector hepático al unirse a los metales pesados para favorecer su eliminación además de destruir radicales libres y potenciar el sistema inmune), la serina (potente agente hidratante natural) y la tirosina (que tiene un importante efecto antiestrés y juega un papel fundamental en el alivio de la depresión y la ansiedad, entre otras funciones) (FAO, 2011).
También la quinua presenta contenidos grasos. Estudios realizados en el Perú al determinar el contenido de ácidos grasos encontraron que el mayor porcentaje de ácidos grasos presentes en este aceite es el Omega 6 (ácido linoleico), siendo de 50.24 % para quinua. El Omega 9 (ácido oleico) se encuentra en segundo lugar, siendo 26.04 % para aceite de quinua. Los valores encontrados para el Omega 3 (ácido linolénico) son de 4.77 %, seguido del ácido palmítico con 9.59 %. Además de ácidos grasos en pequeña proporción, como el ácido esteárico y el eicosapentaenoico. Por otro lado, La quinua ayuda a reducir el colesterol LDL (o colesterol malo) del organismo y elevar el colesterol HDL (o colesterol bueno) gracias a su contenido en ácidos grasos omega 3 y omega 6 (FAO, 2011).
Por otro lado, se tiene los carbohidratos de las semillas de quinua que contienen entre un 58 y 68 % de almidón y un 5 % de azúcares, lo que la convierte en una fuente óptima de energía que se libera en el organismo de forma lenta por su importante cantidad de fibra (Llorente, 2008).
12
característicos. Los gránulos del almidón de la quinua tienen un diámetro de 2 μm, siendo más pequeños que los granos comunes.
Respecto a los minerales, la quinua es un alimento muy rico en Calcio, fácilmente absorbible por el organismo, por lo que su ingesta ayuda a evitar la descalcificación y la osteoporosis. El contenido de calcio en la quinua se encuentra entre 46 a 340 mg/100 g de materia seca. Además, este mineral es responsable de muchas funciones estructurales de los tejidos duros y blandos del organismo, así como de la regulación de la transmisión neuromuscular de estímulos químicos y eléctricos, la secreción celular y la coagulación sanguínea. Por esta razón el calcio es un componente esencial de la alimentación. También se puede encontrar Magnesio, que es un activador de muchas enzimas, especialmente aquellas que transforman fosfatos ricos en energía, además, es un estabilizador de los ácidos nucleicos y de las membranas. Además, la quinua contiene Hierro, Potasio Fósforo Zinc Manganeso (FAO, 2011) y Pequeñas cantidades de cobre y de litio (Llorente, 2008).
En lo que respecta a las vitaminas, la quinua presenta la vitamina A, que es importante para la visión, la diferenciación celular, el desarrollo embrionario, la respuesta inmunitaria, el gusto, la audición, el apetito y el desarrollo, está presente en la quinua en rango de 0,12 a 0,53 mg/100 g de materia seca (Olso, 1997), citado por (FAO, 2011). Mientras que la vitamina E tiene propiedades antioxidantes e impide la peroxidación de los lípidos, contribuyendo de esta forma a mantener estable la estructura de las membranas celulares y proteger al sistema nervioso, el músculo y la retina de la oxidación (FAO, 2011). En la tabla N° 3 se muestra el contenido de vitaminas la quinua.
Tabla N° 3: Contenido de vitaminas en el grano de quinua.
Vitaminas Rango
Vitamina A (carotenos) 0.12 - 0.53
Vitamina E 4.60 - 5,90
Tiamina 0.05 - 0.60
Riboflavina 0.20 - 0.46
Niacina 0.16 - 1.60
Ácido Ascórbico 0.00 - 8.50
13 2.2.4. El tarwi
El tarwi es una leguminosa anual, conocido como chocho en el norte de Perú y Ecuador, tarwi en el centro del Perú y tauri en el sur del Perú y Bolivia (chuchus en Cochabamba, Bolivia). Ésta leguminosa se cultiva tradicionalmente en los Andes desde los 1,500 m, encontrándose en Venezuela, Colombia, Ecuador, Bolivia, Chile, Argentina y Perú (Borja, 2014).
La clasificación actual de la planta en estudio se muestra a continuación según (Edquén, 2012):
Reino: Vegetal
División: Fenerógama Clase: Dicotiledonea
Orden: Fabales Familia: Fabaceae
Género: Lupinus
Especie: Lupinus mutabilis
Nombre común: tarwi, lupino, chocho. Fuente: Edquén, (2012)
2.2.4.1. Descripción botánica
Las hojas tienen forma alargada, generalmente compuesta por ocho folíolos que varían entre ovalados a lanceolados. Referente a las semillas de tarwi, están incluidas en número variable en una vaina de 5 a 12 cm y varían de forma (redonda, ovalada a casi cuadrangular), miden entre 0,5 a 1,5 cm (Borja, 2014). La semilla está recubierta por un tegumento endurecido que puede constituir hasta el 10 % del peso total (Borja, 2014). Los colores del grano incluyen blanco, amarillo, gris, ocre, pardo, castaño, marrón y colores combinados como marmoleado, media luna, ceja y salpicado (Navarrete, 2010). La forma de cada cotiledón es de casquete y el volumen, promedio, es de 0.3368 cm3/semilla, variando
entre 0.2975 y 0.3722 cm3 de acuerdo con la desviación estándar del
14
cotiledones 0.18 mm y la zona superficial 0.15 mm (Ortega, Rodríguez, Arturo, y Zamora, 2010).
2.2.4.2. Composición química y valor nutricional
El grano de tarwi (Lupinus mutabilis) es rico en proteínas y grasas, con mayor frecuencia, su contenido proteico es superior al de la soya. Sus semillas son usadas de forma tradicional en la alimentación humana, debido al alto contenido de proteínas, las propiedades funcionales de sus componentes en matrices alimentarias y las potencialidades nutracéuticas de algunas de sus proteínas. Además, es considerado una especie nativa con elevado contenido de proteínas y aceites a nivel mundial (Borja, 2014). En la tabla N° 4 se muestra el porcentaje de ácidos grasos del tarwi o chocho.
Tabla N° 4: Porcentaje de ácidos grasos del tarwi
Ácidos %
Oleico (Omega 9) 40.4
Linoleico (Omega 6) 37.1
Linolénico (Omega 3) 2.9
Palmítico 13.4
Palmitoleico 0.2
Esteárico 5.7
Mirístico 0.6
Araquídico 0.2
Behénico 0.2
Erúsico 0.0
Cociente Polisat/satur 2.0
Fuente: Borja, (2014)
15
ácido alfa linolénico (Omega 3), ácido linoléico (Omega 6) y el oleico (Omega 9) en cantidades significativas (Navarrete, 2010).
La proteína del tarwi contiene cantidades adecuadas de lisina y cistina, y carece de aminoácidos que contienen azufre tales como metionina (Borja, 2014).
Por lo que se refiere al contenido de alcaloides, en el tarwi varía de 0.02 a 4.45 %; los alcaloides reportados son los quinolizidinicos tales como: lupina, esparteína, 13-hidroxilupanina, 4-hidroxilupanina, isolupanina, entre otros. Las lupininas (27.0 a 74.0 %) están presentes en mayor proporción. Estos alcaloides quinolizidinicos otorgan el sabor amargo a la semilla y son considerados sustancias anti nutritivas (Borja, 2014).
Tabla N° 5: Contenido de aminoácidos del tarwi.
Aminoácido Tarwi*
Isoleucina 4,3
Leucina 7,4
Lisina 5,3
Metionina 0,4
Fenilalanina 3,4
treonina 3,5
Valina 3,5
Histidina 2,2
Tirosina 3,5
Triptófano 1,8
*Expresado en g/16 g de N
Fuente: Borja, (2014)
Se considera que un contenido de 0.02 % de alcaloides remanentes después del desamargado es el límite que se puede aceptar como seguro para el consumo humano (Borja, 2014).
16
El calcio se encuentra principalmente en la cáscara, por tanto, si se requiere de este mineral, lo aconsejable es consumirlo completo, al contrario del fosforo que se encuentra en el núcleo del grano de tarwi (Borja, 2014).
El grano de tarwi también es una valiosa fuente de vitamina B en sus formas como tiamina (B1), rivoflamina (B2), niacina (B3), asemejándose a otros tipos de leguminosas (Borja, 2014). En la tabla N° 6 se muestra el contenido de minerales del tarwi.
Tabla N° 6: Contenido de minerales en el grano del tarwi
Macro elementos mg/g Micro elementos mg/kg
Calcio 1,07 - 1,53 Hierro 46,00 - 73,3
Magnesio 2,00 - 3,02 Zinc 40,00 - 51,66
Sodio 0,25 - 0,75 Manganeso 21,33 - 29,10
Potasio 11,06 - 13,56 Cobre 4,00 - 12,10
Fósforo 0,44 - 0,88
Fuente: Borja, (2014)
2.2.5. Viscosidad de los fluidos
Geankoplis (2009) en su libro menciona sobre los fluidos que:
Cuando un fluido fluye a través de un canal cerrado, esto es, una tubería o entre dos placas planas, se representan dos tipos de flujo, dependiendo de la velocidad de dicho fluido. A velocidades bajas, el fluido tiende a fluir sin mezclado lateral y las capas adyacentes se resbalan unas sobre las otras. En este caso no hay corrientes cruzadas perpendiculares a la dirección del flujo, ni tampoco remolinos de fluido. A este régimen o tipo de flujo se le llama flujo laminar. A velocidades más altas se forman remolinos, lo que conduce a un mezclado lateral. Esto se llama flujo turbulento. En esta sección nos limitaremos a estudiar el flujo laminar.
17
adyacentes en el fluido. Estas fuerzas viscosas se originan de las que existen entre las moléculas del fluido y son de carácter similar a las fuerzas cortantes de los sólidos.
Estas ideas resultarán más claras al estudiar la viscosidad desde un punto de vista cuantitativo. En la figura N° 1 se muestra un fluido encerrado entre dos placas paralelas infinitas (muy largas y muy anchas). Supóngase que la placa inferior se desplaza paralelamente a la superior a una velocidad constante ∆𝑣𝑧 𝑚/𝑠 mayor que la de la placa superior, debido a la aplicación
de una fuerza uniforme de 𝐹 newtons. Esta fuerza se llama retardo viscoso y tiene su origen en las fuerzas viscosas del fluido. Las placas tienen una separación ∆𝑦 𝑚. Todas las capas del líquido se desplazan en la dirección 𝑧. La capa inmediatamente adyacente a la placa inferior se desplaza a la velocidad de dicha placa. La capa que le sigue hacia arriba se mueve a una velocidad un poco menor, y cada una de ellas tiene una velocidad un poco menor que la anterior al recorrer el fluido en la dirección y. Este perfil de
velocidades es lineal con respecto a la dirección 𝑦, tal como se muestra en la figura N° 1.
Para muchos fluidos se ha determinado en forma experimental que la fuerza 𝐹 en newtons es directamente proporcional a la velocidad ∆𝑣𝑧 𝑚/𝑠, el
área A en m2 de la placa usada, e inversamente proporcional a la distancia
∆𝑦 𝑚. Expresada con la ley de viscosidad de Newton cuando el flujo es laminar,
𝐹 𝐴
= −𝜇
∆𝑣𝑦
∆𝑦 Ecuación N° 1
Donde
𝜇
; es una constante de proporcionalidad llamada viscosidaddel fluido en Pa*s o kg/m*s. Cuando ∆𝑦 tiende a cero y usando la definición de derivada,
𝜏
𝑦𝑧= −𝜇
𝑑𝑣𝑧𝑑𝑦 Ecuación N° 2
Donde
𝜏
𝑦𝑧 = 𝐹/𝐴 es el esfuerzo cortante o fuerza por unidad de área18
y
z
y
Fuerza, F
v
zFigura N° 1: Esfuerzo cortante en un fluido entre placas paralelas
Fuente: Geankoplis (2009)
2.2.5.1. Fluidos Newtonianos
Los fluidos que obedecen la ley de viscosidad de Newton,
ecuaciones 1 y 2 se llaman fluidos newtonianos. En los fluidos
newtonianos existe una relación lineal entre el esfuerzo cortante
𝜏
𝑦𝑧 y elgradiente de velocidad 𝑑𝑣𝑧
𝑑𝑦 (velocidad cortante). Esto significa que la
viscosidad
𝜇
, es constante e independiente de la velocidad cortante. Enfluidos no newtonianos, la relación entre
𝜏
𝑦𝑧 y 𝑑𝑣𝑧𝑑𝑦 no es lineal, es decir,
la viscosidad
𝜇
, no permanece constante sino que está en función de lavelocidad cortante. Algunos líquidos no obedecen esta ley simple de
Newton, como pastas, lechadas, altos polímeros y emulsiones. La ciencia
del flujo y deformación de los fluidos se llama reología (Geankoplis,
2009).
2.2.5.2. Fluidos no Newtonianos
Según Geankoplis (2009) los fluidos no newtonianos son aquellos
que no obedecen la ley de Newton, ecuación 3
𝜏 = −𝜇
𝑑𝑣𝑑𝑟 Ecuación N° 3
Donde
𝜇
, la viscosidad, es una constante independiente de lavelocidad cortante. En la figura N° 2 se muestra una gráfica del esfuerzo
cortante
𝜏
en función de la velocidad cortante −𝑑𝑣𝑑𝑟. La gráfica de un fluido newtoniano es una recta con pendiente igual a𝜇
.Cuando un fluido no obedece la ecuación 3, se trata de un fluido no
19
en dos categorías principales con base en su comportamiento de
esfuerzo cortante/velocidad cortante: fluidos en los que el esfuerzo
cortante es independiente del tiempo o duración de la acción cortante
(independientes del tiempo), y aquellos en los que el esfuerzo cortante
depende del tiempo o duración de la acción cortante (dependientes del
tiempo). Además de su comportamiento anormal en relación con el
esfuerzo cortante, algunos fluidos no newtonianos también tienen
características elásticas (como el caucho) que están en función del
tiempo y como resultado de las cuales se les llama fluidos viscoelásticos.
Estos fluidos exhiben esfuerzos normales perpendiculares a la dirección
del flujo, además de los esfuerzos tangenciales usuales (Geankoplis,
2009).
2.2.6. Tipos de fluidos
2.2.6.1. Fluidos independientes del tiempo a) Fluidos plásticos de Bingham
Éstos son los más simples debido a que, tal como se muestra en la
figura N° 2, sólo difieren de los newtonianos en cuanto a que la relación
lineal no pasa por el origen.
E
sf
u
er
zo
c
or
ta
n
te
,
Velocidad cortante, -dv/dr
Newtoniano
Seudoplástico
Dilatante
Plástico de Bingham
Figura N° 2: Esfuerzo cortante para fluidos newtonianos y no newtonianos
Fuente: Geankoplis (2009)
Para iniciar el flujo se requiere un exceso de cierto valor del
esfuerzo cortante 𝜏𝐶 (llamado límite de fluidez) en N/m2 . Algunos fluidos
tienen un límite (cortante) 𝜏𝑂 finito, pero la gráfica de 𝜏 contra − 𝑑𝑣 𝑑𝑟 se
20
respecto a la plasticidad de Bingham suele ser pequeña. Entre los
ejemplos de fluidos con un límite de fluidez están los lodos de perforación,
las suspensiones de turba, la margarina, las mezclas de chocolate, las
grasas, los jabones, las suspensiones de granos en agua, las pastas
dentífricas, la pulpa de madera y los lodos de desecho (Geankoplis,
2009).
b) Fluidos seudoplásticos
Geankoplis (2009) menciona que la mayoría de los fluidos no
newtonianos pertenecen a esta categoría e incluyen las soluciones o
fusiones de polímeros, las grasas, las suspensiones de almidón, la
mayonesa, ciertos fluidos biológicos, las suspensiones de detergentes,
los medios de dispersión de algunos productos farmacéuticos y las
pinturas. En la figura N° 2 se muestra la forma de la curva de flujo, que
por lo general puede representarse mediante una ecuación exponencial
(que a veces se llama ecuación de Ostwald-de Waele):
𝜏 = 𝑘 (−
𝑑𝑣 𝑑𝑟)
𝑛
(𝑛 < 1)
Ecuación N° 4Donde K es el índice de consistencia en 𝑁 ∗ 𝑠𝑛/𝑚2 y n es el índice
de comportamiento de flujo, adimensional. La viscosidad aparenten 𝜇𝑎 en
la ecuación 5 es obtenida de las ecuaciones 3 y 4 y disminuye al
aumentar el esfuerzo cortante.
𝜇𝑎
= 𝑘 (−
𝑑𝑣𝑑𝑟
)
𝑛(𝑛 < 1)
Ecuación N° 5c) Fluidos dilatantes
Éstos son mucho menos comunes que los seudoplásticos y su
comportamiento de flujo en la figura N° 2 muestra un aumento de la
viscosidad aparente al elevar la velocidad cortante. Casi siempre se
puede aplicar la expresión exponencial de la ecuación 4, pero con n > 1:
𝜏 = 𝑘 (−
𝑑𝑣 𝑑𝑟)
𝑛
(𝑛
>1)
Ecuación N° 6Para un fluido newtoniano, n = 1. Algunas soluciones dilatantes son la
harina de maíz y el azúcar en solución, arena de playa húmeda, almidón
en agua, silicato de potasio en agua y varias soluciones que contengan
21
2.2.6.2. Fluidos dependientes del tiempo a) Fluidos tixotrópicos
Estos fluidos exhiben una disminución reversible del esfuerzo
cortante con el tiempo cuando la velocidad cortante es constante. Este
esfuerzo cortante tiende a un valor límite que depende de la velocidad
cortante. Entre los principales ejemplos pueden incluirse algunas
soluciones de polímeros, la manteca, algunos materiales alimenticios y
las pinturas. La teoría de los fluidos dependientes del tiempo todavía es
un poco confusa (Geankoplis, 2009).
b) Fluidos reopécticos
Son muy raros y exhiben un aumento reversible del esfuerzo
cortante con el tiempo cuando la velocidad cortante es constante.
Algunos ejemplos son las suspensiones de arcilla bentonítica, algunos
soles y las suspensiones de yeso. En algunos procedimientos de diseño
para fluidos tixotrópicos y reopécticos, cuando se trata de flujo estable en
tuberías, se usan (S2, W3) los valores límite de las propiedades de flujo
a velocidad cortante invariable (Geankoplis, 2009).
2.2.6.3. Fluidos viscoelásticos
Los fluidos de esta naturaleza exhiben una recuperación elástica de
las deformaciones que se presentan durante el flujo, es decir, muestran
propiedades tanto viscosas como elásticas. Parte de la deformación se
recupera al eliminar el esfuerzo. Entre los principales ejemplos están las
masas de harina, el napalm (gelatina de petróleo), ciertos polímeros
fundidos y los betunes (Geankoplis, 2009).
2.2.7. Reología
Una de las maneras de evaluar la calidad de un producto alimentario, es a través de la caracterización reológica, la cual es correlacionada con la textura, los atributos sensoriales y los cambios micro estructural que tienen lugar en los productos alimenticios.
22
son estáticos y dinámicos, los cuales se caracterizan por ser de bajo esfuerzo o deformación (Cuello, Mendoza, y Suarez, 2014).
2.2.7.1. Fuerza
Una fuerza, “F”, se define en términos de su capacidad de producir una aceleración, pero también es un agente capaz de reformar un cuerpo. La fuerza no constituye, sin embargo, un criterio reológico útil. Si me siento sobre una silla no me pasará nada, pero no así lo hago sobre un alfiler; la fuerza o “carga” con que presiono hacia abajo es la misma, pero el área sobre la que la presión se aplica en distinta; es, pues, mucho más útil considerar la relación fuerza/área (F/A), cociente al que se denomina “esfuerzo” o “tracción”. La unidad de fuerza es el newton (N) y la de área el metro cuadrado; de ahí que el esfuerzo mida en N/m2 (Ramirez, 2006).
2.2.7.2. Fluido
Un fluido se define como una sustancia que se deforma continuamente bajo la acción de un esfuerzo de corte (cizalla), por tanto, en ausencia de este, no habrá deformación. Los fluidos pueden clasificarse de manera general de acuerdo con la relación entre el esfuerzo de corte aplicado y la relación de deformación. La relación entre el esfuerzo de cizalla requerido para inducir una determinada velocidad de deformación en cizalla, caracteriza el comportamiento reológico de un fluido (Ramirez, 2006).
2.2.7.3. Flujo y velocidad de deformación
Consideremos ahora la deformación de los líquidos llamada “flujo”. Llenemos dos embudos idénticos, uno con jarabe y otro con agua. Al cabo de un rato, ambos estarán vacíos: para observar las diferencias reológicas precisamos de un reloj. En los experimentos de elasticidad solo se considera la magnitud de la deformación; en los de viscosidad se determina la magnitud de la deformación dividida por el tiempo que esta tarda en producirse; en otras palabras, la velocidad de deformación.
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2.2.7.4. Índice de comportamiento de flujo e índice de consistencia
Según Lewis, (1993) el índice de comportamiento de flujo (n) es el
valor de la pendiente de la recta, mientras que el índice de consistencia
(k) es la ordenada en el origen o valor de la fuerza de cizalla para un
gradiente de cizalla de 1s-1 es decir, log (dv/dy) = 0. Los valores de k y n
pueden emplearse en la determinación de la viscosidad aparente a
cualquier fuerza de cizalla o construyendo un diagrama de fuerza de
cizalla – gradiente de cizalla a partir de los valores de n y k.
1
n
a
dy
dv
k
Ecuación N° 7Donde:
μa= fuerza de cizalla
k: índice de consistencia
n: índice de comportamiento de flujo
Aquellos en los que n > 1 se produce espesamiento y su viscosidad
aparente es baja cuando las fuerzas de cizalla son bajas y va
aumentando a medida que crece la fuerza de cizalla. Para fluidos
newtonianos, n = 1 ya que cumplen la ecuación de newton donde k =.
Cuando más alejado es el índice de comportamiento de flujo de la unidad,
tanto mayor es la desviación del comportamiento newtoniano (Lewis,
1993).
2.2.8. Evaluación sensorial
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psicología y la fisiología entre otras (Hernandez, Evaluación sensorial, 2005).
Es la disciplina científica que trata sobre la caracterización de los atributos de la materia mediante los órganos sensoriales. Está constituida por dos procesos definidos según su función: el análisis sensorial y el análisis estadístico. Mediante el primero se obtienen las apreciaciones de los jueces a manera de datos que serán posteriormente transformados y valorados por el segundo, dándoles la objetividad deseada (Ureña, 2007, citado por (Escobar, 2015).
2.2.9. pH
Según Negri, (2005) el pH (Ecuación 8) representa la acidez actual
(concentración de H+ libres).
pH = - log aH+ Ecuación N° 8
Donde H+ es la actividad de hidrogeniones (H+).
2.2.10. Acidez
Lo que habitualmente se denomina acidez involucra la acidez actual y
la potencial. La acidez actual representa a los grupos H+ libres, mientras que
la acidez potencial incluye todos aquellos componentes que por medio de la
titulación liberan grupos H+ al medio. La acidez se mide por titulación y
corresponde a la cantidad de hidróxido de sodio utilizado para neutralizar los
grupos ácidos (Negri, 2005).
2.3. Marco conceptual 2.3.1. Yogurt
Se define el yogurt como el producto de la leche coagulada obtenida
por fermentación láctica mediante la acción de los microorganismos
Lactobacillus bulgaricus y Estrecptococcus thermophilus, a partir de la leche
pasteurizada, nata pasteurizada, leche concentrada, leche parcial o
totalmente desnatada y pasteurizada, con o sin adición de leche en polvo
(Tamime y Robinson, 1991)
2.3.2. Yogurt batido
Según Vera Balcázar , (2011) menciona que el yogurt batido es el
producto en el que la incubación de la leche pasteurizada, se realiza en
tanques de incubación produciéndose en ellos la coagulación, luego se bate
y posteriormente se envasa. La agitación se realiza con la finalidad de
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combinando o mezclando con agregados, como frutas, extractos o
mermeladas (Navas y Arciniegas, 2008).
2.3.3. Variedad
Según la RAE, (2017) menciona que la variedad es cada uno de los
grupos en que se dividen algunas especies de plantas y animales y que se
distinguen entre sí por ciertos caracteres que se perpetúan por la herencia.
2.3.4. Quinua Blanca de Juli
La quinua blanca de Juli, es un grano andino; el cual, posee un aspecto
opaco y de color blanco, en la tabla N° 7 se presenta las características y
contenido nutricional de la quinua blanca de Juli.
Tabla N° 7: Características del grano de quinua variedad Blanca Juli
Características del grano
Aspecto del grano Opaco
Color del perigonio Verde
Color del pericarpio Blanco Opaco
Color del episperma Blanco
Color del perisperma Blanco
Forma del borde del grano Afilado
Forma del grano Cilíndrico
Diámetro del grano 1.60 mm
Fuente: Apaza, Cáceres, Estrada, y Pinedo, (2013)
El contenido nutricional de este grano se presenta en la tabla N° 8.
Tabla N° 8: Valor nutricional de la quinua variedad Blanca Juli
Valor nutricional
Humedad 8.88 %
Proteínas 16.15 %
Fibra 2.10 %
Cenizas 2.13 %
Grasa 5.94 %
ELN 64.80 %
Energía 372.95 Kcal/100 g
Análisis físico/químico (g/100 g, de muestra
26 2.3.5. Tarwi
El chocho (Lupinus mutabilis Sweet) es una leguminosa de origen
andino, sin embargo, no se conoce a ciencia cierta el origen de dicho cultivo.
La semilla presenta varias formas: redonda u ovalada, lenticulares, de 5 –
15 mm de largo y 6 – 8 mm de ancho, de color variable, pueden ser blancas,
marrones o negras, o también pueden tener combinaciones entre estos
colores, y tienen un diámetro aproximado de 1 cm. El tegumento que cubre
esta semilla es de consistencia dura y contienen alcaloides amargos que
impiden su consumo (Navarrete, 2010). El tarwi fija nitrógeno atmosférico en
cantidades apreciables de 100 kg/ha, restituyendo la fertilidad del suelo
cultivada en el área andina desde épocas preincaicas. Se desarrolla en
valles templados y áreas alto andinas. Para el desamargado del tarwi se
desarrollan los siguientes procesos: Selección, clasificación y limpieza con
zarandas; hidratación durante 12 horas; Cocción en cilindros con llave de
salida u olla de presión; lavado en cilindros con una llave de salida para
permitir el flujo de agua; secar al sol o mediante corrientes de aire caliente;
almacenaje y empacado (Jacobsen y Mujica, 2006).
2.3.6. Reología
La reología, es decir, la ciencia del flujo y la deformación, estudia las
propiedades mecánicas de los gases, líquidos, plásticos, substancias
asfálticas, materiales cristalinos y otros. Por lo tanto, el campo de la reología
se extiende, es de la mecánica de fluidos newtonianos, por una parte, hasta
la elasticidad de Hooke por otra. La región comprendida entre ellas
corresponde a la deformación y flujo de todos los tipos de materiales
pastosos y suspensiones (Ramirez, 2006).
2.3.7. Esfuerzo de corte
La fuerza por unidad de área que se requiere para el movimiento de
un fluido se define como F/A y se denota como tensión o esfuerzo de cizalla.
Según Newton la tensión de cizalla o esfuerzo cortante es proporcional al
gradiente de velocidad (dv/dy) (Ramirez, 2006).
2.3.8. Viscosidad
La viscosidad se puede definir como una medida de la resistencia a la
deformación del fluido. Dicho concepto se introdujo anteriormente en la Ley
de Newton, que relaciona el esfuerzo cortante con la velocidad de
